CC BY
51Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 621.792.053
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ТОКОПРОВОДЯЩИХ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИЙ
В. Д. Ворончихин1*, В. В. Свередюк1' 2
1 Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
2АО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660123, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29
*E-mail: vvd-77@mail.ru
Представлены основные принципы создания клеевых композиций, содержащих в качестве токопроводящих наполнителей углеродные материалы различной морфологической структуры.
Ключевые слова: токопроводящий клей, эластомер, углеродные наполнители.
THE BASICS OF CREATING A CARBON-CONTAINING CONDUCTIVE ADHESIVE COMPOSITIONS
V. D. Voronchikhin1*, V. V. Sveredyuk1, 2
1Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
2 JSC „Krasnoyarsk Machine Building Plant" 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660123, Russian Federation *E-mail: vvd-77@mail.ru
The paper presents the basic principles of creating adhesive compositions containing as conductive fillers carbon materials of different morphological structure.
Keywords: conductive adhesive, elastomers, carbon fillers.
Одним из распространенных способов соединения деталей при конструкционной сборке является их склеивание. Представленный на рынке ассортимент клеев достаточно разнообразен [1] и выбор типа клея определяется сферой применения изделий, в которых он рекомендуется к использованию.
Современные клеевые композиции, применяемые в авиакосмической отрасли, по областям их преимущественного применения условно разделяются на две укрупненные группы [2]:
- клеи конструкционного назначения (эпоксидные пленочные клеи, фенолкаучуковые пленочные и жидкие клеи, пастообразные клее холодного отверждения);
- клеи функционального назначения (термостойкие, резинотехнического назначения, клеи со специальными свойствами, например, токопроводящие).
Наиболее интересными с научной точки зрения и максимально востребованными на практике в авиа- и ракетостроении являются токопроводящие клея, в том числе на основе эластомерных материалов. Основным назначение подобных клеевых композиций является соединение изделий из разнородных материалов и снятие статического электричества.
Преимуществами токопроводящих эластомерных клеев для применения в авиакосмической промышленности являются [3]:
- низкие температуры обработки (токопроводя-щий клей подвергается структурированию или отверждению при температуре ниже 150 °С);
- эластичность токопроводящего слоя, образующегося при высыхании клея (эластичность слоя может компенсировать коэффициент линейного теплового расширения при изменении температуры эксплуатации клеевого соединения);
На начальном этапе создания токопроводящих эластомерных клеевых композиций необходимо четко установить требования, предъявляемые к создаваемым клеевым композициям по типу соединяемых материалов (металлы, композиционные материалы и др.), уровню электропроводимости, уровню прочности соединения, условиям статического и динамического нагружения, температурные режимы эксплуатации, оценить возможность воздействия агрессивных сред различного характера и величину эксплуатационного ресурса.
В процессе создания токопроводящих эластомер-ных клеевых композиций необходимо последовательно решить следующие задачи:
1. Определить совместимость эластомерной матрицы с иными компонентами композиции (наполнителями, смолы, структурирующими агентами, проти-востарителями, модификаторами клейкости и др.).
Решетневскуе чтения. 2018
2. Установить зависимости электропроводности полимерных композиций от химической природы и соотношения эластомер - токопроводящий наполнитель и определить оптимальное соотношение применяемых компонентов для получения нужного уровня электропроводимости клеевой пленки.
3. Изучить влияние морфологической структуры токопроводящих наполнителей на электропроводность создаваемых композиций.
4. Установить степень влияния каждого из применяемых компонентов на электропроводность создаваемых композиций и определить их оптимальное соотношение для получения нужного уровня электропроводимости клеевой пленки.
5. Выбрать растворитель, обеспечивающий при высыхании клеевого слоя неизменность структуры композита при образовании пленки и определить оптимальное содержание растворителя в клее.
6. Изучить технологические свойства токопрово-дящей клеевой композиции и технические свойства пленок и клеевых соединений и разработать рекомендации по применению созданной клеевой композиции в реальных условиях.
Уровень электропроводящих свойств клеевой композиции определяется, в первую очередь, типом полимерной основы и типом применяемого наполнителя.
Эластомеры по своей природе относятся к условно диэлектрическим материалам, так как наличие в макромолекулах гетероатомов, циклических структур и иных элементов молекулярной неоднородности способствует электрической проводимости. Электропроводность эластомерной матрицы зависит от микро- и макроструктуры образующих ее макромолекул, а также от температуры и величины прилагаемого механического воздействия [4].
Требуемый уровень электропроводимости клеевых композиций обеспечивается введением в их состав различных порошкообразных наполнителей, степень влияния которых зависит от их типа, морфологической структуры и количества. Наибольшее распространение получили тонкодисперсные порошки металлов, карбонильный никель, углеродные материалы [5; 6].
Несмотря на высокую эффективность применение тонкодисперных порошков металлов (например, серебра) приводит к высокой стоимости клеевых композиций. Как следствие, применение токопроводящих углеродных материалов является перспективным направлением в создании токопроводящих клеевых композиций.
Наиболее распространенным электропроводящим наполнителем эластомерных систем является электропроводящий технический углерод [7]. Углеродные наполнители могут быть использованы как самостоятельно, так и в комбинации с порошками металлов, например, графит и карбонильный никель [5]. Возможно применение в составе токопроводящих клеевых композиций углеродных нанотрубок в виде столбчатых структур, расположенных на углеродном основании [8].
Библиографические ссылки
1. Петрова А. П. Клеящие материалы : справ. М. : Редакция журнала «Каучук и резина», 2002. 196 с.
2. Шарова И. А., Лукина Н. Ф. Свойства и назначение авиационных клеев // Новости материаловедения. Наука и техника. 2016. № 2 (20). С. 41-49.
3. Шестаков А. С., Привалов В. И. Токопроводя-щие клеи. Механизмы проводимости // Информационно-технологический вестник. 2016. № 4 (10). С. 90-96.
4. Сажин Б. И. Электропроводность полимеров. Л. : Химия, 1964.
5. Наполнители для токопроводящих клеев / А. П. Петрова, Н. Ф. Лукина, Б. Ф. Павлюк и др. // Новости материаловедения. Наука и техника. 2017. № 5-6 (28). С. 47-55.
6. Петрова А. П., Лукина Н. Ф. Клеи для многоразовой космической системы // Авиационные материалы и технологии. 2013. № 1. С. 131-136.
7. Раздьяконова Г. И. Свойства и перспективные направления использования электропроводных марок технического углерода // Проблемы шин и резино-кордных композитов : труды ХХ симп. М. : НТЦ «НИИШП», 2011. С. 121-126.
8. Carbon nanotube composite structure and adhesive member: app. 2011077784 A1, WO; publ. 30.06.11.
Reference
1. Petrova A. P. Kleyashchie materialy. Spravochnik [Adhesive materials. Handbook]. M. : Redakciya zhurnala "Kauchuk i rezina", 2002. 196 p.
2. Sharova I. A., Lukina N. F. Svojstva i naznachenie aviacionnyh kleev [Properties and purpose of aviation adhesives] // Novosti materialovedeniya. Nauka i tekhnika. 2016. № 2 (20). P. 41-49. (In Russ.)
3. Shestakov A. S., Privalov V. I. Tokoprovod-yashchie klei. Mekhanizmy provodimosti [Conductive adhesives. Conductivity mechanisms] // Informacionno-tekhnologicheskij vestnik. 2016. № 4 (10) P. 90-96. (In Russ.)
4. Sazhin B. I. EHlektroprovodnost' polimerov [Electrical conductivity of polymers]. L. Himiya, 1964. 116 p.
5. Napolniteli dlya tokoprovodyashchih kleev [Fillers for conductive adhesives] / Petrova A. P., Lukina N. F., Pavlyuk B. F. i dr. // Novosti materialovedeniya. Nauka i tekhnika. 2017. № 5-6 (28). P. 47-55 (In Russ.)
6. Petrova A. P., Lukina N. F. Klei dlya mnogorazo-voj kosmicheskoj sistemy [Adhesives for reusable space system] // Aviacionnye materialy i tekhnologii. 2013. № 1. P. 131-136 (In Russ.)
7. Razd'yakonova G. I. [Properties and promising areas of use of conductive grades of carbon black] // Trudy XX Simp. "Problemy shin i rezinokordnyh kompozitov" [Proceedings of XX Symp. "Problems of tyres and rubber-cord composites"]. M. : NTC «NIISHP», 2011. P. 121-126 (In Russ.)
8. Carbon nanotube composite structure and adhesive member: app. 2011077784 A1, WO; publ. 30.06.11.
© Ворончихин В. Д., Свередюк В. В., 2018
